中試規(guī)模壺式二次蒸餾對(duì)白酒中氨基甲酸乙酯和氰化物以及原酒品質(zhì)影響

白酒是我國傳統(tǒng)蒸餾酒,隨著消費(fèi)觀念的轉(zhuǎn)變,消費(fèi)者與生產(chǎn)者對(duì)白酒生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的有毒有害物,如氨基甲酸乙酯(ethyl carbamate,EC)、真菌毒素、生物胺和塑化劑等日益關(guān)注[1-2]。EC是一種天然存在于發(fā)酵食品和酒精飲料中的2A類致癌物[1,3]。氰化物是蒸餾酒中EC的重要前體[4],本身也是一種劇毒化學(xué)物[5]。目前我國還沒有建立酒精飲料中EC控制標(biāo)準(zhǔn),同國際上大多數(shù)國家蒸餾酒中EC限量標(biāo)準(zhǔn)(150 μg/L)相比,我國一些白酒中的EC含量高于限量標(biāo)準(zhǔn)[6]。

為減少酒精飲料中EC及其前體氰化物含量,國際上開發(fā)了很多方法,如加入吸氧劑、添加酶分解氰化物、蒸餾過程中使用銅催化劑、低溫和高回流比蒸餾等[3]。多項(xiàng)研究表明,二次蒸餾可以顯著降低蒸餾酒中EC含量[7-9]。在甘蔗朗姆酒中,二次蒸餾使EC的含量降低了97%[7]。

本研究團(tuán)隊(duì)曾在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模下研究過不同二次蒸餾方式對(duì)白酒中安全性指標(biāo)和品質(zhì)的影響[10-11],發(fā)現(xiàn)壺式二次蒸餾能去除92.76%的EC,同時(shí)能去除原酒異嗅。本研究在其基礎(chǔ)上擴(kuò)大壺式蒸餾規(guī)模,在酒廠中試生產(chǎn)規(guī)模下研究壺式二次蒸餾對(duì)白酒中的氰化物、EC、總酸、總酯、微量成分和感官品質(zhì)的影響。這將為白酒生產(chǎn)過程中EC 消減以及白酒品質(zhì)的提升提供重要指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

濃香型原酒由安徽金種子酒業(yè)股份有限公司提供,2021年生產(chǎn),酒精度62.2%vol。

氨基甲酸乙酯(純度>99%)、氨基甲酸乙酯-d5(EC-d5,99%),上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司；KCN標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 000 mg/L),北京譜析科技有限公司；各標(biāo)準(zhǔn)品及內(nèi)標(biāo)物、巴比妥酸(99%),Sigma-Aldrich；異煙酸、NaOH、KH2PO4、氯胺T、NaCl、乙酸乙酯(HPLC級(jí))、無水乙醇(HPLC級(jí))、無水乙醚、酚酞、硫酸,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。其余試劑均為分析純。

XLD-300 L夏朗德壺式蒸餾器(加熱面積0.6 m2；冷卻面積1.8 m2；冷卻水耗量0.15 T/h；蒸汽耗量15 kg/h；出酒量7～10 L/h),煙臺(tái)帝伯仕自釀機(jī)有限公司；7890 N GC-5975 MS氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀,美國Agilent公司；UV-2802紫外可見分光光度計(jì),尤尼柯(上海)儀器有限公司；DK-S24電熱恒溫水浴鍋,上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 中試規(guī)模壺式二次蒸餾方式

壺式二次蒸餾方式參照文獻(xiàn)[11],用水將白酒原酒稀釋到酒精度28%vol,取150 L稀釋后的低度白酒裝入300 L壺式蒸餾器中,打開電源加熱,用自來水冷凝。初始低度酒體積的1.5%作為酒頭,在酒頭之后直到冷凝器出口的餾分呈60%vol酒精度作為酒身,酒身之后直到冷凝器出口的餾分呈0%vol酒精度作為酒尾,蒸餾器中剩余液體為殘液。

1.2.2 異煙酸-巴比妥酸法測定白酒氰化物

采用異煙酸-巴比妥酸法測定氰化物含量,具體方法參照文獻(xiàn)[12]中的分光光度法。

1.2.3 液-液萃取結(jié)合GC-MS測定白酒EC

參照文獻(xiàn)[13],準(zhǔn)確吸取2.0 mL酒精度60%vol酒樣于5 mL離心管中,加入25 μL 10 μg/mL的氨基甲酸乙酯內(nèi)標(biāo)(EC-d5),加入0.5 g NaCl,渦旋振蕩溶解后加入2.0 mL乙酸乙酯,振蕩提取5 min,靜置分層后,吸取上層清液經(jīng)過濾后進(jìn)行GC-MS分析。

標(biāo)準(zhǔn)曲線：以60%vol酒精水溶液配制一定濃度梯度的EC標(biāo)準(zhǔn)溶液,和酒樣進(jìn)行相同的處理。以EC和EC-d5的峰面積比為橫坐標(biāo),質(zhì)量濃度之比為縱坐標(biāo)建立標(biāo)準(zhǔn)曲線。

GC條件：色譜柱為Agilent HP-INNOWAX石英毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；進(jìn)樣口溫度250 ℃；載氣為氦氣,純度≥99.99%；流速1 mL/min；進(jìn)樣量1 μL；不分流進(jìn)樣；升溫程序?yàn)?0 ℃保持1 min,以8 ℃/min升至200 ℃。

MS條件：EI電離源,電子能量70 eV,離子源溫度230 ℃；掃描范圍35～350 amu；溶劑延遲時(shí)間10 min。采用選擇離子監(jiān)測(selected ion monitoring,SIM)模式。特征離子m/z 62、64分別用于EC和EC-d5定量。

1.2.4 總酸、總酯測定

白酒中總酸、總酯測定參照GB/T 10345—2007《白酒分析方法》。

1.2.5 液液微萃取結(jié)合GC-MS法測定白酒揮發(fā)性脂肪酸

酒樣的前處理具體步驟及標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作參照文獻(xiàn)[10]。

GC條件：色譜柱為Agilent HP-INNOWAX石英毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；進(jìn)樣口溫度250 ℃；載氣為氦氣,純度≥99.99%；流速1 mL/min；進(jìn)樣量1 μL；不分流進(jìn)樣；升溫程序?yàn)?0 ℃保持2 min,再以4 ℃/min升至230 ℃保持15 min。

MS條件：EI電離源,電子能量70 eV,離子源溫度230 ℃；掃描范圍35～350 amu；溶劑延遲時(shí)間10 min。

1.2.6 氣相色譜-氫火焰離子化(gas chromatography-flame ionization detector,GC-FID)法測定白酒酯類物質(zhì)

白酒中的酯類物質(zhì)(己酸乙酯、乳酸乙酯、丁酸乙酯和乙酸乙酯)測定參照GB/T 10345—2007《白酒分析方法》。

1.2.7 二次蒸餾前后酒樣品評(píng)分析

二次蒸餾前后酒樣由安徽金種子酒業(yè)股份有限公司6名具有多年品酒經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人員(年齡范圍在40～50歲)以密碼編號(hào)方式進(jìn)行感官品評(píng),并進(jìn)行描述性分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 中試規(guī)模壺式二次蒸餾效率

蒸餾后各餾分中酒精質(zhì)量之和與所用原酒中酒精質(zhì)量之比為蒸餾效率,中試規(guī)模壺式二次蒸餾的蒸餾效率達(dá)99.32%(表1),優(yōu)于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模蒸餾效率99.21%[10]。

表1 中試規(guī)模壺式二次蒸餾效率

Table 1 The distillation efficiency of ethanol in pilot scale pot still second distillation

2.2 中試規(guī)模壺式二次蒸餾對(duì)白酒氰化物影響

氰化物去除率分為絕對(duì)去除率R1和相對(duì)去除率R2兩種,R1即蒸餾后的酒身中相對(duì)于原酒中氰化物含量的下降百分比,R2即蒸餾后的酒身中相對(duì)于蒸餾后所有餾分中總氰化物含量的下降百分比,計(jì)算公式參照文獻(xiàn)[11]。

濃香型原酒中氰化物濃度為369.06 μg/L,二次蒸餾后酒身中氰化物濃度下降至23.75 μg/L,R1為96.10%,R2為78.43%(表2)。蒸餾后原酒中氰化物濃度下降了81.92%,推測二次蒸餾過程中,部分氰化物轉(zhuǎn)化成EC以及在蒸餾過程中揮發(fā)損失。

表2 中試規(guī)模壺式二次蒸餾對(duì)白酒氰化物影響

Table 2 Influence of pilot scale pot still second distillation on cyanide in Baijiu

注：中試規(guī)模蒸餾所用原酒體積67.5 L；mc-蒸餾后酒頭、酒身、酒尾及殘液中氰化物(EC)質(zhì)量之和；m0-原酒中氰化物(EC)質(zhì)量(下同)

2.3 中試規(guī)模壺式二次蒸餾對(duì)白酒EC影響

EC去除率分為絕對(duì)去除率R′1和相對(duì)去除率R′2兩種,計(jì)算公式參照文獻(xiàn)[11]。

濃香型原酒中EC濃度為168.85 μg/L,二次蒸餾后酒身中EC濃度下降至8.08 μg/L,R′1為97.10%,R′2為98.47%(表3)。R′1和R′2均優(yōu)于實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果[11]。在二次蒸餾過程中EC增加了89.15%,推測在蒸餾過程中,氰化物會(huì)在高溫、鐵和/或銅的催化下轉(zhuǎn)化成EC[9,14],造成蒸餾后的餾分中總EC含量增加。二次蒸餾后酒身中EC含量較低,大部分EC集中在酒頭、酒尾和殘液中,其中殘液的EC含量最高。

表3 中試規(guī)模壺式二次蒸餾對(duì)白酒EC影響

Table 3 Influence of pilot scale pot still second distillation on EC in Baijiu

2.4 中試規(guī)模壺式二次蒸餾前后白酒總酸和總酯變化

原酒中總酸、總酯濃度分別為0.82、3.12 g/L,蒸餾后酒身中總酸和總酯濃度均降低,總酸濃度下降幅度較大,為93.90%,總酯濃度下降了19.87%(表4)。總酸、總酯下降的比例高于之前的研究[10],但趨勢基本一致。

表4 中試規(guī)模壺式二次蒸餾前后白酒總酸和總酯變化

Table 4 Changes of total acid and esters in Baijiu before and after pilot scale pot still second distillation

2.5 中試規(guī)模壺式二次蒸餾前后白酒揮發(fā)性脂肪酸變化

二次蒸餾后,酒身中大部分揮發(fā)性脂肪酸顯著降低(表5),下降范圍為29.86%～100%,這與總酸測定結(jié)果趨勢相吻合。其中丁酸、戊酸、庚酸、辛酸在二次蒸餾后的酒身中均未檢測到,乙酸、己酸在二次蒸餾后分別下降了84.03%和88.25%。

表5 中試規(guī)模壺式二次蒸餾前后白酒揮發(fā)性脂肪酸變化

Table 5 Changes of volatile fatty acids in Baijiu before and after pilot scale pot still second distillation

注：-表示未檢測到

2.6 中試規(guī)模壺式二次蒸餾前后白酒酯類物質(zhì)變化

己酸乙酯、乳酸乙酯、丁酸乙酯和乙酸乙酯是我國濃香型白酒中的主要香氣成分[15]。二次蒸餾后,酒身中乳酸乙酯含量顯著下降,下降了71.05%,而己酸乙酯、丁酸乙酯和乙酸乙酯含量略有上升,分別上升了15.69%,7.14%和9.40%(表6)。該濃香型原酒中乳酸乙酯/己酸乙酯比值(乳己比)為2.98,蒸餾后的酒身中乳己比下降為0.75。乳酸乙酯含量過高會(huì)影響白酒品質(zhì),導(dǎo)致口感不爽、放香不足和后味澀雜等問題[16]。壺式二次蒸餾某種程度上起到了增己降乳、提高品質(zhì)的效果。

表6 中試規(guī)模壺式二次蒸餾前后白酒酯類物質(zhì)變化

Table 6 Changes of esters in Baijiu before and after pilot scale pot still second distillation

2.7 中試規(guī)模壺式二次蒸餾對(duì)白酒感官品質(zhì)影響

二次蒸餾前酒樣香味較濃厚,酒體較豐滿,壺式二次蒸餾后的酒身其香味及酒體豐滿度略遜于未蒸餾前原酒,但顯示出低酸度和更宜人的味道和芳香,酒的口感更純凈,在一定程度上減少了該原酒具有的異雜味。

3 結(jié)論

本文研究了中試規(guī)模壺式二次蒸餾對(duì)白酒中氰化物、EC、總酸、總酯、微量成分和感官品質(zhì)的影響。結(jié)果表明,中試規(guī)模壺式二次蒸餾的蒸餾效率可以達(dá)到99.32%；氰化物絕對(duì)去除率R1和相對(duì)去除率R2分別為96.10% 和78.43%；EC絕對(duì)去除率R′1和相對(duì)去除率R′2分別為97.10%和98.47%；蒸餾后酒身中氰化物和 EC 濃度分別下降至23.75 μg/L和8.08 μg/L；總酸和總酯濃度均下降,分別下降93.90%和19.87%；大部分揮發(fā)性脂肪酸含量顯著降低；乳酸乙酯含量顯著下降,下降了71.05%,而己酸乙酯、丁酸乙酯和乙酸乙酯含量分別上升了15.69%,7.14%和9.40%；經(jīng)感官品評(píng)結(jié)果表明,蒸餾后的酒身香氣和酒體豐滿度較蒸餾前原酒稍差,但顯示出低酸度和更宜人的味道和芳香,口感更純凈。中試規(guī)模的各項(xiàng)指標(biāo)與實(shí)驗(yàn)室結(jié)果類似,部分指標(biāo)優(yōu)于實(shí)驗(yàn)室結(jié)果,將為酒廠大規(guī)模生產(chǎn)中應(yīng)用二次蒸餾技術(shù)消減氰化物、EC,以及降低異雜味提供重要實(shí)踐指導(dǎo)作用。